اختبار قدرة بطارية اردوينو DIY - V2.0: 11 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

في الوقت الحاضر ، توجد بطاريات ليثيوم و NiMH المقلدة في كل مكان يتم بيعها عن طريق الإعلان بسعات أعلى من سعتها الحقيقية. لذلك من الصعب حقًا التمييز بين البطارية الحقيقية والمزيفة. وبالمثل ، من الصعب معرفة السعة المحتجزة في بطاريات الكمبيوتر المحمول 18650 التي تم إنقاذها. لذلك ، يلزم وجود جهاز لقياس السعة الحقيقية للبطاريات.

في عام 2016 ، قمت بكتابة Instructable عن "Arduino Capacity Tester - V1.0" والذي كان جهازًا بسيطًا ومباشرًا للغاية. النسخة السابقة كانت مبنية على قانون أوم. يتم تفريغ البطارية المراد اختبارها من خلال مقاوم ثابت ، ويتم قياس التيار والمدة الزمنية بواسطة Arduino ويتم حساب السعة بضرب كل من القراءات (تيار التفريغ والوقت).

كان عيب الإصدار السابق هو أنه أثناء الاختبار ، مع انخفاض جهد البطارية ، ينخفض التيار أيضًا مما يجعل الحسابات معقدة وغير دقيقة. للتغلب على هذا ، قمت بعمل V2.0 الذي تم تصميمه بحيث يظل التيار ثابتًا طوال عملية التفريغ. لقد صنعت هذا الجهاز من خلال إلهام التصميم الأصلي لـ MyVanitar

الميزات الرئيسية لاختبار القدرات V2.0 هي:

1. قادرة على قياس قدرة AA / AAA NiMh / NiCd ، 18650 Li-ion ، Li-Polymer ، و Li FePO4 Battery. إنها مناسبة لأي نوع من البطاريات التي تقل عن 5 فولت تقريبًا.

2. يمكن للمستخدمين ضبط تيار التفريغ باستخدام الأزرار الانضغاطية.

3. واجهة مستخدم OLED

4. يمكن استخدام الجهاز كحمل إلكتروني

التحديث بتاريخ 02.12.2019

يمكنك الآن طلب PCB والمكونات معًا في مجموعة من PCBWay

إخلاء المسؤولية: يرجى ملاحظة أنك تعمل ببطارية Li-Ion شديدة الانفجار وخطيرة. لا يمكن أن أتحمل المسؤولية عن أي خسارة في الممتلكات أو الأضرار أو الخسائر في الأرواح إذا تعلق الأمر بذلك. تمت كتابة هذا البرنامج التعليمي لأولئك الذين لديهم معرفة بتكنولوجيا الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن. من فضلك لا تحاول هذا إذا كنت مبتدئا. ابق آمنًا.

اللوازم

المكونات المستخدمة

اطلب الآن PCB وجميع المكونات لبناء هذا المشروع في مجموعة من PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0.96 شاشة OLED: Amazon / Banggood

5. المقاوم السيراميك: Amazon / Banggood

6. مكثف 100nF: Amazon / Banggood

7. مكثف 220 فائق التوهج: Amazon / Banggood

8. المقاومات 4.7K & 1M: Amazon / Banggood

9. زر الضغط: Amazon / Banggood

10. غطاء أزرار الضغط: Aliexpress

11. محطة برغي: Amazon / Banggood

12. مجلس النموذج الأولي: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. أنابيب Heatshrink: Amazon / Banggood

15. غرفة التبريد: Aliexpress

الأدوات المستخدمة

1. لحام الحديد: Amazon / Banggood

2. مقياس المشبك: Amazon / Banggood

3. المتر: أمازون / بانجود

4. منفاخ الهواء الساخن: Amazon / Banggood

5. قاطع الأسلاك: Amazon / Banggood

6. أداة تعرية الأسلاك: Amazon / Banggood

الخطوة 1: رسم تخطيطي

التخطيطي بأكمله مقسم إلى الأقسام التالية:

1. دائرة إمداد الطاقة

2. دائرة تحميل تيار مستمر

3. دائرة قياس جهد البطارية

4. دائرة واجهة المستخدم

5. حلبة الجرس

1. دائرة إمداد الطاقة

تتكون دائرة إمداد الطاقة من مقبس تيار مستمر (7-9 فولت) ومكثفي مرشح C1 و C2. يتم توصيل خرج الطاقة (Vin) بـ Arduino pin Vin. أنا هنا أستخدم منظم الجهد على متن Arduino لتخفيض الجهد إلى 5V.

2. دائرة تحميل تيار مستمر

المكون الأساسي للدائرة هو Op-amp LM358 الذي يحتوي على مضخمين تشغيليين. يتم ترشيح إشارة PWM من Arduino pin D10 بواسطة مرشح تمرير منخفض (R2 و C6) ويتم تغذيتها إلى مكبر التشغيل الثاني. ناتج المرجع الثاني متصل بأول op-amp في تكوين متابع الجهد. يتم ترشيح مصدر الطاقة إلى LM358 بواسطة مكثف فصل C5.

يقوم أول جهاز op-amp و R1 و Q1 ببناء دائرة تحميل تيار مستمر. حتى الآن يمكننا التحكم في التيار من خلال المقاوم الحمل (R1) عن طريق تغيير عرض نبضة إشارة PWM.

3. دائرة قياس جهد البطارية

يتم قياس جهد البطارية بواسطة دبوس الإدخال التناظري A0 من Arduino. يتم استخدام مكثفين C3 و C4 لتصفية الضوضاء القادمة من دائرة تحميل التيار المستمر والتي يمكن أن تؤدي إلى تدهور أداء تحويل ADC.

4. دائرة واجهة المستخدم

تتكون دائرة واجهة المستخدم من زري ضغط وشاشة I2C OLED مقاس 0.96 بوصة. زر الضغط لأعلى ولأسفل لزيادة أو تقليل عرض نبض PWM. R3 و R4 هما مقاومات سحب لأعلى ولأسفل. -الأزرار: C7 و C8 يستخدمان لنفض الأزرار الانضغاطية ، والزر الضاغط الثالث (RST) يستخدم لإعادة ضبط Arduino.

5. حلبة الجرس

تُستخدم دائرة الجرس لتنبيه بداية الاختبار ونهايته. يتم توصيل جرس 5 فولت بمسمار Arduino الرقمي D9.

الخطوة الثانية: كيف تعمل؟

تعتمد النظرية على مقارنة الجهد لعكس (pin-2) والمدخلات غير المقلوبة (pin-3) لـ OpAmp ، والتي تم تكوينها كمضخم للوحدة. عندما تقوم بضبط الجهد المطبق على المدخلات غير العاكسة عن طريق ضبط إشارة PWM ، فإن إخراج opamp يفتح بوابة MOSFET. أثناء تشغيل MOSFET ، يمر التيار عبر R1 ، فإنه يخلق انخفاضًا في الجهد ، مما يوفر ردود فعل سلبية لـ OpAmp. إنه يتحكم في MOSFET بطريقة تجعل الفولتية عند المدخلات المقلوبة وغير المقلوبة متساوية. لذلك ، فإن التيار من خلال المقاوم الحمل يتناسب مع الجهد عند المدخلات غير المقلوبة لـ OpAmp.

يتم تصفية إشارة PWM من Arduino باستخدام دائرة مرشح تمرير منخفض (R2 و C1). لاختبار إشارة PWM وأداء دائرة التصفية ، قمت بتوصيل DSO ch-1 الخاص بي عند الإدخال و ch-2 عند إخراج دائرة المرشح. يظهر شكل الموجة الناتج أعلاه.

الخطوة 3: قياس السعة

هنا يتم تفريغ البطارية إلى جهدها المنخفض المستوى (3.2 فولت).

سعة البطارية (مللي أمبير) = التيار (I) بالمللي أمبير × الوقت (T) بالساعات

من المعادلة أعلاه ، من الواضح أنه لحساب سعة البطارية (مللي أمبير) ، علينا معرفة التيار بالمللي أمبير والوقت بالساعة. الدائرة المصممة عبارة عن دائرة تحميل تيار مستمر ، لذلك يظل تيار التفريغ ثابتًا طوال فترة الاختبار.

يمكن تعديل تيار التفريغ بالضغط على الزر لأعلى ولأسفل. يتم قياس المدة الزمنية باستخدام مؤقت في كود Arduino.

الخطوة 4: عمل الدائرة

في الخطوات السابقة ، شرحت وظيفة كل مكون من مكونات الدائرة. قبل القفز لإنشاء اللوحة النهائية ، اختبر الدائرة على لوح التجارب أولاً. إذا كانت الدائرة تعمل بشكل مثالي على اللوح ، فانتقل إلى لحام المكونات الموجودة على لوحة النموذج الأولي.

لقد استخدمت لوحة النموذج الأولي مقاس 7 سم × 5 سم.

تركيب النانو: قم أولاً بقطع صفين من دبوس الرأس الأنثوي مع 15 دبوسًا في كل منهما. لقد استخدمت قراص قطري لقطع الرؤوس. ثم جندى دبابيس الرأس. تأكد من أن المسافة بين القضبان تناسب اردوينو نانو.

شاشة OLED المتصاعدة: قص رأس أنثى بأربعة دبابيس. ثم قم بلحامها كما هو موضح في الصورة.

تركيب الأطراف والمكونات: قم بلحام المكونات المتبقية كما هو موضح بالصور.

الأسلاك: اجعل الأسلاك حسب التخطيطي. لقد استخدمت الأسلاك الملونة لعمل الأسلاك حتى أتمكن من التعرف عليها بسهولة.

الخطوة 5: شاشة OLED

لعرض جهد البطارية ، تيار التفريغ والسعة ، استخدمت شاشة OLED مقاس 0.96 بوصة. تتميز بدقة 128 × 64 وتستخدم ناقل I2C للتواصل مع Arduino. يتم استخدام دبابيس SCL (A5) و SDA (A4) في Arduino Uno للاتصال.

أنا أستخدم مكتبة Adafruit_SSD1306 لعرض المعلمات.

أولاً ، عليك تنزيل Adafruit_SSD1306. ثم قم بتثبيته.

يجب أن تكون الاتصالات على النحو التالي

اردوينو OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5 - SCL

الخطوة 6: الجرس للتحذير

لتوفير تنبيهات أثناء بدء الاختبار والمنافسة فيه ، يتم استخدام جرس بيزو. يحتوي الجرس على طرفين ، أحدهما أطول موجب والساق الأقصر سالبة. كما تم وضع علامة "+" على الملصق الموجود على الجرس الجديد للإشارة إلى الطرف الموجب.

نظرًا لأن لوحة النموذج الأولي لا تحتوي على مساحة كافية لوضع الجرس ، فقد قمت بتوصيل الجرس بلوحة الدائرة الرئيسية باستخدام سلكين. لعزل الوصلة العارية ، استخدمت أنابيب الانكماش الحراري.

يجب أن تكون الاتصالات على النحو التالي

اردوينو الجرس

D9 طرفي موجب

المحطة السلبية GND

الخطوة 7: تصاعد المواجهات

بعد اللحام والأسلاك ، قم بتركيب المواجهات في 4 زوايا. سيوفر خلوصًا كافيًا لمفاصل وأسلاك اللحام من الأرض.

الخطوة 8: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد رسمت التخطيطي باستخدام برنامج EasyEDA عبر الإنترنت بعد أن تحولت إلى تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يجب أن تكون جميع المكونات التي أضفتها في المخطط موجودة ، ومكدسة فوق بعضها البعض ، وجاهزة لوضعها وتوجيهها. اسحب المكونات عن طريق الإمساك بوساداتها. ثم ضعه داخل خط الحدود المستطيل.

رتب جميع المكونات بحيث تشغل اللوحة مساحة صغيرة. أصغر حجم اللوحة ، سيكون أرخص تكلفة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. سيكون مفيدًا إذا كانت هذه اللوحة بها بعض الثقوب المتصاعدة بحيث يمكن تثبيتها في حاوية.

الآن عليك أن تسلك الطريق. التوجيه هو الجزء الأكثر متعة في هذه العملية برمتها. إنه مثل حل اللغز! باستخدام أداة التتبع ، نحتاج إلى توصيل جميع المكونات. يمكنك استخدام الطبقة العلوية والسفلية لتجنب التداخل بين مسارين مختلفين وجعل المسارات أقصر.

يمكنك استخدام طبقة الحرير لإضافة نص إلى اللوحة. أيضًا ، يمكننا إدخال ملف صورة ، لذلك أقوم بإضافة صورة لشعار موقع الويب الخاص بي ليتم طباعته على السبورة. في النهاية ، باستخدام أداة المنطقة النحاسية ، نحتاج إلى إنشاء منطقة أرضية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يمكنك طلبه من PCBWay.

اشترك في PCBWay الآن لتحصل على قسيمة بقيمة 5 دولارات أمريكية. هذا يعني أن طلبك الأول مجاني ، ما عليك سوى دفع رسوم الشحن.

عند تقديم طلب ، سأحصل على تبرع بنسبة 10٪ من PCBWay لمساهمة في عملي. قد تشجعني مساعدتك الصغيرة على القيام بمزيد من العمل الرائع في المستقبل. شكرا لتعاونكم.

الخطوة 9: تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بالنسبة للحام ، ستحتاج إلى مكواة لحام مناسبة ولحام وقراص ومقياس متعدد ، ومن الممارسات الجيدة لحام المكونات وفقًا لارتفاعها. جندى المكونات الأقل ارتفاعًا أولاً.

يمكنك اتباع الخطوات التالية لحام المكونات:

1. ادفع أرجل المكونات من خلال فتحاتها ، وأدر لوحة الدوائر المطبوعة على ظهرها.

2. امسك طرف مكواة اللحام عند تقاطع الوسادة وساق المكون.

3. قم بتغذية اللحام في المفصل بحيث يتدفق حول السلك ويغطي الوسادة. بمجرد أن يتدفق في كل مكان ، حرك الطرف بعيدًا.

الخطوة 10: البرامج والمكتبات

أولاً ، قم بتنزيل كود Arduino المرفق. ثم قم بتنزيل المكتبات التالية وتثبيتها.

المكتبات:

قم بتنزيل وتثبيت المكتبات التالية:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

في الكود ، عليك تغيير الأمرين التاليين.

1. قيم المصفوفات الحالية: يمكن القيام بذلك عن طريق توصيل جهاز متعدد في سلسلة بالبطارية. اضغط على الزر لأعلى وقم بقياس التيار ، القيم الحالية هي عناصر المصفوفة.

2. Vcc: يمكنك استخدام مقياس متعدد لقياس الجهد عند دبوس Arduino 5V. في حالتي هو 4.96 فولت.

تم التحديث بتاريخ 20.11.2019

يمكنك تغيير قيمة Low_BAT_Level في الكود وفقًا لكيمياء البطارية. من الأفضل أن تأخذ هامشًا قليلاً من جهد القطع الموضح أدناه.

فيما يلي معدلات التفريغ والجهود المقطوعة للعديد من كيميائيات بطارية ليثيوم أيون:

1. أكسيد الكوبالت الليثيوم: قطع التيار الكهربائي = 2.5 فولت عند معدل تفريغ 1 درجة مئوية

2. أكسيد المنغنيز الليثيوم: قطع التيار الكهربائي = 2.5 فولت عند معدل تفريغ 1 درجة مئوية

3. فوسفات حديد الليثيوم: قطع التيار الكهربائي = 2.5 فولت عند معدل تفريغ 1 درجة مئوية

4. تيتانات الليثيوم: قطع التيار الكهربائي = 1.8 فولت بمعدل تفريغ 1 درجة مئوية

5. الليثيوم والنيكل وأكسيد الكوبالت والمنغنيز: قطع التيار الكهربائي = 2.5 فولت عند معدل تفريغ 1 درجة مئوية

6. ليثيوم نيكل وأكسيد الألومنيوم كوبالت: قطع التيار الكهربائي = 3.0 فولت عند معدل تفريغ 1 درجة مئوية

تم التحديث بتاريخ 01.04.2020

jcgrabo ، بعض التغييرات على التصميم الأصلي لتحسين الدقة. التغييرات مذكورة أدناه:

1. أضف مرجعًا دقيقًا (LM385BLP-1.2) وقم بتوصيله بـ A1. أثناء الإعداد ، اقرأ قيمته المعروفة بـ 1.215 فولت ، ثم احسب Vcc وبالتالي التخلص من الحاجة إلى قياس Vcc.

2- استبدل المقاوم 1 أوم 5٪ بمقاوم قدرة 1 أوم 1٪ وبالتالي تقليل الأخطاء التي تعتمد على قيمة المقاومة.

3. بدلاً من استخدام مجموعة ثابتة من قيم PWM لكل خطوة حالية (بزيادات قدرها 5) ، قم بإنشاء مصفوفة من القيم الحالية المرغوبة التي تُستخدم لحساب قيم PWM الضرورية لتحقيق تلك القيم الحالية في أقرب وقت ممكن. تبع ذلك بحساب القيم الحالية الفعلية التي سيتم تحقيقها بقيم PWM المحسوبة.

من خلال النظر في التغييرات المذكورة أعلاه ، قام بمراجعة الكود ومشاركته في قسم التعليقات. تم إرفاق الكود المعدل أدناه.

شكرًا جزيلاً لك jcgrabo على مساهمتك القيمة في مشروعي. آمل أن يكون هذا التحسين مفيدًا للعديد من المستخدمين.

الخطوة 11: الخاتمة

لاختبار الدائرة ، قمت أولاً بشحن بطارية Samsung 18650 جيدة باستخدام شاحن ISDT C4. ثم قم بتوصيل البطارية بطرف البطارية. الآن اضبط التيار وفقًا لمتطلباتك وقم بالضغط لفترة طويلة على الزر "UP". ثم يجب أن تسمع صوتًا ويبدأ إجراء الاختبار. أثناء الاختبار ، ستراقب جميع المعلمات على شاشة OLED. سيتم تفريغ البطارية حتى يصل جهدها إلى عتبة المستوى المنخفض (3.2 فولت). ستنتهي عملية الاختبار من خلال صوتين طويلين.

ملحوظة: المشروع لا يزال قيد التطوير. يمكنك الانضمام إلي لأية تحسينات. رفع التعليقات في حالة وجود أي أخطاء أو أخطاء. أنا أصمم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لهذا المشروع. ابق على اتصال لمزيد من التحديثات على المشروع.

آمل أن يكون تعليمي مفيدًا. إذا كنت ترغب في ذلك ، فلا تنس المشاركة:) اشترك في المزيد من مشاريع DIY. اشكرك.